低能冲击下复合材料蜂窝夹芯结构表面损伤分析

基于低能量冲击探究复合材料蜂窝夹芯结构表面的损伤模式,分析低能量冲击对结构表面环氧树脂膜的裂纹扩展模式、损伤面积、裂纹长度和数量的影响,通过三点弯曲试验研究了低能冲击后碳纤维增强复合材料层合板的弯曲性能以及损伤极限值。研究结果表明,冲击能量会影响表面环氧树脂膜的损伤扩展模式,裂纹均以冲击落点为中心,向周围不规则地扩展,所形成的损伤面积随冲击能量递增,裂纹扩展长度与冲击能量成正相关,层合板的层间损伤模式以分层和纤维弯曲为主;低能量冲击试验证明了表面环氧树脂膜的裂纹扩展模式、损伤面积等与夹芯结构层合板内部的冲击损伤程度之间具备特定的联系,因此可为设计一种新的无损检测方法用于快速表征结构内部的冲击损伤提供可能性。

碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构抗冲击性能试验与车体顶棚仿真

复合材料夹芯结构在轨道车辆轻量化设计中应用广泛,传统单一铝蜂窝芯体的复合材料夹芯结构抗冲击性能较差,难以满足运用需求。在传统碳纤维/铝蜂窝夹芯结构的芯体中引入网格形格栅,形成碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构,在格栅交点处、单肋板中心处和格栅中心处3种典型位置对其分别进行落锤冲击试验与冲击后压缩试验。并将碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构应用于车体顶棚结构,在落石冲击工况下建立了3种不同材料的车体顶棚仿真模型,分析其比峰值载荷和比刚度等力学性能。结果表明:碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构相较于传统碳纤维/铝蜂窝夹芯结构,其抗冲击性能更强,冲击后压缩强度高出约34%,压缩刚度高出约52%;位于格栅交点处与单肋板中心处的接触力峰值、分层临界载荷与凹坑深度显著优于格栅中心处;与碳纤维/铝蜂窝车体顶棚相比,碳纤维/格栅增强蜂窝车体顶棚在落石冲击下的变形量减小了71.73%,比峰值载荷与比刚度分别提高了133.33%、146.72%。碳纤维/格栅增强蜂窝夹芯结构兼具轻量化与性能强的优点,适合作为大型承载结构,可以为高速列车车体结构设计提供参考。

混杂复合三明治结构低速冲击特性及剩余压缩强度研究

采用实验和仿真相结合的方法,探究蜂窝夹层结构在不同冲击能和不同边界条件下的冲击特性及剩余压缩强度。用Vumat子程序建立三维渐进失效准则,通过实验验证仿真模型的有效性。结果表明,简支试样更容易发生损伤,峰值力也更低,但吸能效果略好。同时,简支试样冲击后的剩余压缩强度较低。当冲击能较低时,边界条件对剩余压缩强度有着重要影响。而在较大的冲击能下,边界条件对剩余压缩强度的影响可以忽略。

缝纫泡沫芯夹层结构低速冲击损伤分析

在缝纫复合材料泡沫芯夹层结构低速冲击试验研究基础上,文章开展了低速冲击损伤数值分析。首先利用有限元软件分别对未缝纫和缝纫的复合材料泡沫芯夹层结构低速冲击下的损伤面积进行了数值估算,发现两者的上面板损伤面积均大于下面板的损伤面积,但两者的主要损伤模式不同,未缝纫夹层结构的主要损伤模式为上面板损伤,而缝纫夹层结构主要以泡沫芯材压碎损伤破坏为主。有限元计算结果与试验结果吻合较好,证明文中所建立模型的正确性。随后模拟计算了冲击能量、上面板厚度、泡沫芯材厚度、缝纫密度、落锤冲击位置等五个因素变化对缝纫泡沫芯复合材料夹层结构损伤面积的影响,并进行了相关的理论分析。

芯材高度对三维中空夹芯复合材料低速冲击性能的影响

文摘选取芯材高度分别为5、6、7 mm的三维中空夹芯复合材料为研究对象,采用落锤式低速冲击试验装置分别对上述材料进行8 J能量的低速冲击测试,研究材料的低速冲击性能;利用Instron 3385H型万能材料试验机分别测试上述材料受到低速冲击载荷前后的压缩强度,研究材料受到低速冲击载荷后的压缩损伤容限。结果表明:三维中空夹芯复合材料对低速冲击载荷比较敏感;随着芯材高度的增加,材料抗低速冲击性能有所增加;低速冲击载荷使材料的剩余压缩强度大幅下降。

复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元建立了复合材料蜂窝夹芯板在低速冲击作用下的渐进损伤分析模型。该模型中将蜂窝夹芯等效为均匀的正交各项异性材料。采用基于应变的Hashin三维失效准则和Yeh分层失效准则对面板损伤进行判断。使用部分刚度折减对损伤材料性能进行退化。利用用户子程序将损伤判据和刚度折减方案引入到ABAQUS软件中。模拟了复合材料蜂窝夹芯板低速冲击损伤渐进过程,并与试验结果进行验证。证明了该方法的合理性,最后讨论了各种参数对冲击响应和冲击损伤的影响。

复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击位置识别研究

进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯结构的低速冲击实验,采用一种基于应力波和免疫遗传算法的冲击载荷定位方法对蜂窝夹芯结构上的低速冲击载荷进行分析和定位。首先,通过一组事先确定冲击位置的低速冲击载荷产生的冲击应力波实验数据,使用小波变换方法对其在时频域进行分析,获得多个频率上冲击应力波在蜂窝夹芯结构中的传播速度;然后在此基础上,考虑蜂窝夹芯结构中应力波的各向异性特性,采用免疫遗传算法对未知的低速冲击载荷进行位置识别。实验研究结果表明了该方法的可行性和有效性。

复合材料蜂窝夹层板低速冲击损伤模拟及实验研究

复合材料蜂窝夹层板因其良好的力学特性及质量轻等优点在工程中得到了广泛应用,但其抗冲击能力较差。本文研究了复合材料蜂窝夹层板受低速冲击后的变形和损伤情况,采用光滑粒子动力学结合有限元数值模拟方法分析了复合材料蜂窝夹层板受不同能量冲击后的响应,并通过试验和模拟计算结果对比分析,给出了不同冲击能量下复合材料蜂窝夹层板的位移和损伤。研究结果表明:给出的复合材料蜂窝夹层板冲击数值模型能够合理的模拟低速冲击行为,能为工程中复合材料蜂窝夹层板结构受冲击损伤的测定提供参考依据。

混杂复合材料蜂窝夹层结构冲击特性研究

采用试验与有限元分析相结合的方法研究了复合材料蜂窝夹层结构的抗冲击性能。基于Vumat子程序建立其三维渐进失效准则,通过试验来验证仿真模型的准确性。利用精确仿真模型来进一步对不同参数下蜂窝夹层结构的抗冲击特性进行研究。结果表明:冲击能低于一定值时,冲击峰值力随冲击能的增加而增加,当冲击能超过该值时,冲击峰值力将会稳定不变;冲头直径越小,冲击峰值力越小,蜂窝夹层结构吸收能越大;蒙皮厚度的增加可使蜂窝夹层结构抗冲击性能增强,但蒙皮厚度对吸能特性影响较小。

复合材料蜂窝夹芯结构的低速冲击试验设计

复合材料蜂窝夹芯结构具有优越的材料性能,广泛应用于航空、航天和船舶制造等领域。结构在受到冲击时,很容易出现损伤。试验分析表明,低速冲击将严重降低蜂窝夹芯板的抗拉、抗压能力,造成面芯层间发生分层扩展。本文对复合材料蜂窝夹芯结构的低速冲击试验进行设计,并对结果进行分析,得出了相关变化规律。

复合材料机翼格栅结构低速冲击损伤仿真研究

针对采用格栅结构的某无人机机翼,研究了机翼格栅结构在承受低速冲击下结构材料的损伤特性;在ABAQUS软件中建立了冲击损伤过程有限元模型,采用Hashin-Rotem应变失效准则和Camanho参数退化方式,对无穿透破坏前提下的单侧带蒙皮格栅结构进行了冲击仿真实验。研究了针对不同格栅结构构型、不同冲击位置、不同冲击能量等情况下的损伤特性。结果表明:对结构不同位置进行冲击时,结构损伤类型、面积、扩展特性等都有极大的不同,而且复合材料结构不同铺层的损伤特性也有很大差异;验证了格栅结构对损伤扩散具有良好的限制能力,表明格栅结构具有很好的抗损伤能力。